随着全球范围内能源紧张、环境恶化、气候变暖等问题的日益突出,发展低能耗、低排放、低污染的低碳科技已经成为人们的共识。超(超)临界发电机组发电效率高、污染物排放低,是我国电力行业发展低碳科技的重要组成之一。然而,大容量、高参数的机组意味着电站部件的服役条件更为恶劣,由于几何尺寸、载荷类型、所处环境等影响,实际构件大多受到复杂应力状态作用。据统计,蠕变是过热器、再热器及其联箱等部件发生失效的主要原因之一。而P92钢以其优良的焊接性、高温强度和蠕变性能等,成为超(超)临界燃煤发电机组高温受热面的常用钢之一。研究复杂应力状态下P92钢的蠕变损伤扩展和微观组织演变规律是对燃煤发电机组高温部件进行寿命预测的关键部分,对发电机组安全经济运行具有重要的意义。本文以高温蠕变试验、蠕变本构模型和有限元数值模拟互为验证为技术路线,开展对P92钢复杂应力状态下高温蠕变损伤扩展及微观组织演变的研究。论文的具体工作如下:首先,完成不同温度、不同应力水平下标准光滑试样的单轴蠕变试验,从微观角度上分析光滑试样的蠕变断裂机制;建立Norton-Bailey and Kachanov-Robotnov蠕变本构模型,明确模型的参数确定方法,并对其有效性进行验证,为后续研究提供基础数据库。其次,进行多轴蠕变试验及模型的研究。完成不同应力、不同缺口锐度下的双缺口蠕变试验,从宏观和微观两个尺度上对蠕变结果进行分析;采用修正后的Kachanov-Robotnov模型预测P92钢缺口试样蠕变损伤的发展过程,得到试样内部应力与损伤的分布及演变规律;基于应变耗竭理论,引入延性耗竭的概念,将连续损伤力学与孔洞长大理论相结合,建立可以描述P92钢蠕变行为的延性耗竭模型,并完成对延性耗竭模型的验证;结合蠕变试验微观结果与有限元数值模拟结果,对比分析了多轴度对P92钢断裂韧性、微观孔洞和硬度分布的影响。再次,基于P92钢高温蠕变的损伤机理,引入具有实际物理意义的损伤变量,建立基于微观机制的多损伤变量蠕变本构模型,确定出模型参数,并对模型的有效性加以验证;进行P92钢光滑试样和双缺口试样的蠕变中断试验,对蠕变过程中的析出相、孔洞进行定量化统计;采用该模型对P92钢缺口试样的蠕变损伤演变进行预测,损伤值的预测结果与P92钢中断试验结果吻合良好,进一步证明了该模型的有效性。最后,设计全尺寸的管道弯头蠕变试验,现已完成大部分试验开始前的准备工作,如应变、温度的测量等;采用有限元数值计算软件探究不等壁厚、初始椭圆度对管道弯头蠕变损伤扩展的影响规律,以期为后续的全尺寸管道弯头的蠕变试验提供数据基础。